Hidrogenoaren koreografia argi hodietan

Zuntz optikoa. Beirazko hariak. Etxe askotara abiadura handiko Internet eramaten dutenak. Beiraz egindako zuntzek informazioa eramaten dute alde batetik bestera, argi seinaleen bidez.

David Novoa fisikariak erabiltzen duen zuntz optikoa berezia da. 1990eko hamarkadaren amaieran hasi ziren zuntz mota horri buruzko erreferentziak azaltzen. Zuntz optikoari nukleoa hustu egiten diote, eta zuntza, guztiz solidoa izateari utzi, eta hodi bilakatzen da. Argiak hodi edo tunel horretatik bidaiatzen du, ateratzeko arriskurik gabe.

Novoak eta harekin lan egin duten ikertzaileek nanometro batzuetako zabalerako hodiak jarri dituzte nukleo hutsa inguratzeko, zuntz optiko guztian. Hodi horiek ispilu lana egiten dute, eta argiak zuntzetik ihes egitea eragotzi.

Zuntz optikoari nukleoa kentzeak eta hodi bihurtzeak abantaila asko ditu: «Argiak material solido batean bidaiatzen duenean, ez du bidaiatzen hutsean egiten duen abiadura berean». Zuntzaren nukleoa hutsa dagoenean, beraz, argia azkarragoa da. Horregatik, zuntz mota hori agertu zenean, interes handia sortu zuen, komunikazioak azkartzeko aukera eskaintzen baitzuen.

Novoak-eta bete egin dute hustutako zuntz nukleoa. Gas batekin: hidrogenoarekin. Argi seinaleek hidrogenotan bidaiatu dute, eta horrek aldaketak eragin ditu argi seinalean. Science aldizkarian argitaratu dituzte ikerketaren emaitzak. Novoa Ikerbasque ikertzailea da, EHU Euskal Herriko Unibertsitatearen Bilboko Ingeniaritza Eskolan. Berak zuzendu du ikerketa. Alemaniako Argiaren Zientziarako Max Planck Institutuan egin dituzte esperimentuak.

Zergatik aukeratu dute hidrogenoa? Zer eragin dauka argian? «Hidrogenoa oso molekula sinplea da», erantzun du Novoak. «Malguki batekin lotutako bi bolatxo irudika ditzakegu».

Argiak eta hidrogenoak elkarri eragiten diotenean, fenomeno berezi bat gertatzen da: «Hidrogenoa dar-dar egiten hasten da, malguki baten moduan. Dar-dar hori oso azkarra izaten da». Soinuaren dardararekin alderatu du: soinuak dozenaka kilohertz izan ditzake; hidrogenoaren dardarak, milaka terahertz. «Hori gertatzen da hidrogenoa oso sinplea delako eta ez duelako asko pisatzen. Naturan azkarren dar-dar egiten duen molekula da».

Novoak koreografia hitza erabili du hidrogeno molekulen mugimendua deskribatzeko. «Oszilazio sinkronizatua da zuntz guztian: molekulek batera oszilatzen dute, norbaitek zuzenduko balitu eta une bakoitzean nola egon behar duten esango balie bezala».

Kolorea aldatu

Hidrogenoaren dardarak gasaren dentsitatea aldatzen du; zuntz optikoaren nukleoaren propietateak aldatzen ditu, eta argia ere aldatzen du. «Argiari kolorea aldatzen dio», laburbildu du Novoak. Kolorea aldatzeak esan nahi du zuntzaren barruan doan argiak dardararen energia hartzen duela hidrogeno molekulen dardaretatik. Kolorea aldatu bai, baina argiaren gainerako propietateak ukitu gabe.

Eta hori zertarako izan daiteke erabilgarria? «Erabilgarria izan daiteke teknologia modernoetan». Sistema kuantikoez ari da. Gaur egun, gero eta ezagunagoak dira ordenagailu eta sare kuantikoak. «Sistema horiek oso konplexuak dira, azpisistemen edo unitateen multzoak, eta hainbat gailu daude sistema horien barruan», azaldu du Novoak. Normalean, sistema batzuen eta besteen frekuentziak edo koloreak ez dira bat etortzen. «Horregatik», zehaztu du Novoak, «izugarri erabilgarria izango litzateke maila kuantikoko frekuentzia optikoak aldatzeko gaitasuna duen teknika bat izatea». Azpisistema edo unitateen arteko bitartekari moduko bat izango litzateke. «Gure sistemak jatorrizko iturriaren propietateei eusten die, ez ditu aldatzen, hidrogeno molekula oso sinplea baita».

Fisikariak aipatu du etorkizuneko konputazioaren aukeretako bat konputazio partekatua dela, lainoaren antzeko egitura batekin eta hainbat nodo edo puntu lotuz. Puntu horietako bakoitzean konputazioaren zati bat egingo litzateke. Hor garrantzitsua da zuntz optikoa: «Nodoen arteko komunikazio guztiak, informazio trukeak, zuntz optikoaren bidez egingo dira, argiarekin. Fotonika beti egongo da hor».

Laser argia

Laser argia erabili dute hidrogenoz betetako zuntz hodietan. Ez dute argi seinale jarraitua edo etengabea erabili, pultsuak baizik. Mila laser pultsu segundoko. «Argiak denboran kontzentratuta bidaiatzen du, eta, horrela, argi potentzia nahiko altuak lor ditzakegu, laserra etengabe igortzen ariko balitz baino gehiago». Pultsu bat hidrogeno molekulak kitzikatzeko, dantzarazteko; beste bat argi seinaleari frekuentzia aldatzeko.

Argi iturria «oso berezia» dela nabarmendu du fisikariak: «Oso ahula, oso distira gutxi duena, energia pakete txiki batzuk dituena: fotoiak, eduki dezakezun argirik txikiena».

Ikerketa askotan gertatzen den moduan, Novoaren ikerketan ikerketaren funtsa bezain harrigarria izan da prozedura. Zuntz optikoa hustu, hidrogenoa sartu... nanometroetan eta mikretan neurtzen dira elementu horiek: milimetro baten miliorena da nanometroa; milimetroaren milaren bat mikra. Eskala oso txikiak dira.

70-100 nanometro neurtzen dute nukleoa inguratzen duten hodiek, ispiluek. Ez diote uzten argiari zuntz optikotik ateratzen. Nukleoak, berriz, 50-60 mikra neurtzen du.

Eskulangileen lana

Neurriz txikiak dira, eta izaeraz, hauskorrak. Hala ere, hain hauskorra den sistema batean sartzen duten presioa airea halako 70 da. «Hori da teknologiaren trikimailuetako bat: nola lortu hori egitura puskatu gabe», azaldu du Novoak.

60 zentimetroko zuntz zatiak erabili dituzte esperimentuetan. Erronka izan da hain zuntz zati luzeetan zuntzaren barruko egitura nanometrikoei eta mikrometrikoei zehaztasun osoz eustea.

Zuntz mota horiek egiteko prozedura korapilatsua da, zuntz optiko arruntekin alderatuta ezberdina. «Aurrena eredu bat egiten da, milimetro batzuetakoa, hodiz hodi, eskuz, gela garbi batean», hasi da azaltzen Novoa. Gelak guztiz garbia izan behar du, kutsadurarik edo hondakinik txikiena ere ez sartzeko. Zuntzaren nukleoaren inguruko hodiek ehun nanometroko zabalera dute; giza ile batek, 150 mikrakoa. «Giza ile bat hodi horien gainera eroriz gero, eraikin bat erortzearen parekoa litzateke», alderatu du Novoak.

Zuntz optikoaren eredua zuntz optikoa egiteko dorre batera eramaten dute, hamar metro inguruko garaierakoa. Novoaren ikerketaren kasuan, Argiaren Zientziarako Max Planck Institutuan. Dorre horietan eredua zut jartzen dute, eta labe batek berotu egiten du, 1.400-1.500 gradutan. Beira urtu egiten da, eta erortzen hasten da, grabitate indarraren eraginez. Erortzen den haritik tira egiteko sistema bat dute, «behar duzun zuntzaren diametrora iritsi arte».

Horrela egiten da kanpoko egitura. Baina Novoak ikerketetan erabili duen zuntzak barruan ere egitura bat du, nukleoa inguratzen eta ispilu efektua egiten duten hodi mehe-mehe batzuk. Zuntza egitean haiek puskatzea eragozteko, zuntzari goitik gasa sartzen diote, eta, zuntza likatsua bihurtzen denean, hodiak puztu egiten dituzte gasarekin. «Horrela, gasaren indarrarekin berdindu egiten dituzu hodien zuloak itxi nahi dituzten indarrak, eta irekita eusten diezu», zehaztu du Novoak. Prozesuan eragotzi egiten da berotzeak eta luzatzeak barruko egitura suntsitzea. «Prozesua eskuz egiten da».